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　　二十世紀(jì)九十年代Mason進行超聲空化降解水中的有害有機物的研究，研究證明，超聲降解水中有機物效果顯著，從而引起很多學(xué)者的興趣。美國、日本、加拿大、德國、法國等國的一些大學(xué)實驗室和研究所紛紛致力于超聲降解有機

　　物的研究。我國二十世紀(jì)九十年代后期，對超聲降解有機物的研究，在同濟大學(xué)取得了很好的效果。迄今昔對比為止，超聲降解已進行了包括脂肪烴類、芳香烴類、酚類、酯類、醇類、酮類、胺、酸類、天然有機物和殺蟲劑等有機物的研究，取得了很好的效果。

　　超聲化學(xué)作為一門邊沿科學(xué)的興起是近十幾年的事情。超聲作用于化學(xué)反應(yīng)，主要來自超聲空化現(xiàn)象，空化泡崩潰產(chǎn)生局部高溫、高壓和強烈的沖擊波及射流，為在一般條件下難以實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種新的非常殊的物理化學(xué)環(huán)境。

　　超聲作用于水處理，是近年來聲化學(xué)領(lǐng)域研究的新發(fā)展。

　　一、功率超聲機理

　　當(dāng)一定強度的超聲波在媒質(zhì)中傳播時，會產(chǎn)生力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)等一系列效應(yīng)。這些效應(yīng)可歸納為下列三種基本作用：

　　1、機械作用。超聲波是機械能量的傳播形式，與波動過程有關(guān)，會產(chǎn)生線性效變的振動作用。超聲波液體中傳播時，其同質(zhì)點位移振幅雖然很小，但超聲引起的質(zhì)點加速度卻非常大。若20KHz、1W/平方厘米的超聲波在水中傳播，則其產(chǎn)生的聲壓幅值為173Kpa，這意味著聲壓幅值每秒種內(nèi)要在正負(fù)173Kpa之間變化2萬次，質(zhì)點的加速度達(dá)144萬米每二次方秒，大約為重力加速度的1500倍，這樣激烈而快速變化的機械運動就是功率超聲的機械振動效應(yīng)。

　　2、空化作用。超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時，當(dāng)聲強達(dá)到一定期強度，液體中聲場作用區(qū)域形成局部的暫時負(fù)壓，使液體中的微氣泡生長、澎脹至突然破裂，導(dǎo)致氣泡周圍的液體中產(chǎn)生強烈的激波，形成局部點的高溫高壓，空化泡崩潰時，在空化泡周圍很小空間內(nèi)產(chǎn)生5000K的瞬態(tài)高溫和約50mpa的高壓，且溫度冷卻率達(dá)10的9次方k/s，并伴有強烈沖擊波和時速達(dá)400Km的射流，就是超聲空化效應(yīng)。

　　3、熱作用。超聲波在媒質(zhì)中傳播，其振動能量不斷被媒質(zhì)吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏棺陨頊囟壬?。聲能不間斷的吸收可引起媒質(zhì)中的整體加熱，邊界外的局部加熱和空化形成激波時，波前處的局部加熱等，這就是功率超聲的熱作用。

　　二、超聲化學(xué)機理

　　1、超聲催化。超聲催化反應(yīng)是一個新興的研究領(lǐng)域。目前，有關(guān)反應(yīng)模型、機理的研究尚很模糊，但眾多的科研成果確認(rèn)了催化反應(yīng)的顯著效果。其主要作用：一是高溫高壓條件有利于反應(yīng)物裂解成自由基和二階炭，形成更為活潑的物種。二是沖擊波和微射流對固體表面有吸解和清洗作用。三是沖擊波可破壞反應(yīng)物結(jié)構(gòu)，分散反應(yīng)物系。四是超空化導(dǎo)致金屬品格的變形和內(nèi)部應(yīng)變區(qū)的形成，從而提高金屬化學(xué)反應(yīng)活性。超聲條件下的反應(yīng)速率比沒有超聲時增加了100000倍，且反應(yīng)時間大大縮短。

　　2、超聲降解。超聲處理可以降解大分子，尤其是處理高分子量聚合物的降解效果更顯著。超聲降解源于超聲的機械效應(yīng)、空化效應(yīng)和熱效應(yīng)。

　　三、功率超聲在水處理中的應(yīng)用

　　功率超聲的空化效應(yīng)為降解水中有害有機物提供了獨特的物理化學(xué)環(huán)境從而導(dǎo)致超聲波污水處理目的的實現(xiàn)。超聲空化泡的崩潰所產(chǎn)生的高能量足以斷裂化學(xué)鍵。在水溶液中，空化泡崩潰產(chǎn)生氫氧基(OH?)和氫基(H?)，同有機

　　物發(fā)生氧化反應(yīng)?？栈毺氐奈锢砘瘜W(xué)環(huán)境開辟了新的化學(xué)反應(yīng)途徑，驟增化學(xué)反應(yīng)速度，對有機物有很強的降解力

　　，經(jīng)過持續(xù)超聲可以將有害有機物降解為無機離子、水、二氧化碳或有機酸等無毒或低毒的物質(zhì)。

　　超聲降解水中有機污染物技術(shù)既可單獨使用，也可利用超聲空化效應(yīng)，將超聲降解技術(shù)同其他處理技術(shù)聯(lián)用進行有

　　機污染物的降解去除。聯(lián)用技術(shù)有如下類型：

　　超聲與臭氧聯(lián)用，以超聲降解、殺菌與臭氧消毒共同作用于污染水的處理。

　　超聲與過氧化氫聯(lián)用，以達(dá)成對污染水體降解、殺菌、消毒之目的。

　　超聲與紫外線聯(lián)用，組成光聲化學(xué)技術(shù)利用超聲技術(shù)和紫外光技術(shù)各自降解能力疊加協(xié)同和互補作用，對水中常見的有機污染物苯酚、四氫化碳、三氫甲烷和三氯乙酸進行降解，使四種物質(zhì)的降解產(chǎn)物為水、二氧化碳、C1-或易于生

　　物降解的短鏈脂肪酸。

　　超聲與磁化處理技術(shù)聯(lián)用，磁化對污染水體既可以實現(xiàn)固液分離，又可以對COD、BOD等有機物降解，還可以對染色水進行脫色處理。

　　超聲還可以直接作為傳統(tǒng)化學(xué)殺菌處理的輔助技術(shù)，在用傳統(tǒng)化學(xué)方法進行大規(guī)模水處理時，增加超聲輻射，可以大大降低化學(xué)藥劑的用量。

　　四、與超聲波聯(lián)用的相關(guān)工藝技術(shù)介紹

　　1、污水的固液分離是超聲處理的前提。污水或廢水一般伴有懸浮污物或雜質(zhì)，因此要有收集裝置，這種裝置可以是污水池或污水槽，其中的大體積雜物和污物應(yīng)與污水分離，當(dāng)一些細(xì)小體積的懸浮物則可添加聚丙烯酰胺絮凝劑或無機絮凝劑。

　　陰、陽非離子型聚丙烯酰胺絮凝劑是一種水溶性的高分子聚合物或電解質(zhì)。由于其分子鏈中含有一定數(shù)量的極性基因，它能通過吸附污水中懸浮的固位粒子，使粒子間架橋或通過電荷中和使粒子凝聚成大的絮凝物，從而加速懸浮液中

　　粒子的沉降，有非常明顯的加快溶液澄清，促進過濾等效果。若同時使用無機絮凝劑(聚合硫酸鐵濃縮劑、聚氯化鋁、鐵鹽等)，則可顯示出更大的效果。絮凝劑的添加量一般為0.0110g每立方米，在冷水中也能完全溶解。其主要作用是澄清凈化作用、沉降促進作用、過濾促進作用、增稠(濃)作用、是廢水、廢液處理中的常用品。

　　2、過濾是污水廢水處理中的必要條件。其目的是將污水中含有小于等于20mg/L濃度的懸浮顆粒物、膠質(zhì)顆粒物加以濾除。這里的過濾無須活性炭類精密昂貴的裝置，普通機械過濾器完全可以滿足后工藝的要求。

　　3、超聲污水處理中水處理劑的作用。前述的超聲化學(xué)機理超聲在水處理中的作用，若同時添加水處理劑與超聲聯(lián)用，則效果更為顯著。固體二氧化氯水處理劑在水處理中的機理包括次氯酸氧化作用和新生氧作用過程兩部分。次氯酸的氧化作用。這是主要的殺菌機理。當(dāng)固體二氧化氯水處理劑容于水后，水解生成次氯酸，作用于菌體蛋白質(zhì)。次氯酸不僅可以與細(xì)胞壁發(fā)生作用，而且因分子小，不帶電荷，容易侵入細(xì)胞內(nèi)發(fā)生作用或破壞其磷酸脫氫酶，使

　　糖代謝失調(diào)而致細(xì)菌死亡。新生氧作用。由于次氯酸分解形成新生氧，將菌體蛋白質(zhì)氧化，新生態(tài)氧同細(xì)胞原槳相結(jié)合從而起到殺滅微生物作

　　用。

　　4、紫外線與超聲波聯(lián)天。紫外C殺菌技術(shù)。紫外線是一種肉眼看不見的光波，依據(jù)不同的波長范圍，被分割為A、B、C三種波段，而253.7nm又是紫外線C波段中的波長強點。

　　紫外線主要作用于微生物的核酸，脫氧核糖核酸(DNA)核糖核酸(RNA)等，導(dǎo)致其被破壞。紫外C水消毒技術(shù)是利用紫外線的消毒原理，對流經(jīng)水體中的病毒，細(xì)菌及其他致病體的DNA進行物理破壞，使其無法繁殖和復(fù)制。紫外

　　C用于大水量消毒完全可以取代臭氧，過濾膜，氧化物等傳統(tǒng)手段，安全可靠，決無二次污染。

　　綜上所述，與超聲波聯(lián)用的污水處理技術(shù)與設(shè)備有：

　　(1)固液分離過濾器與超聲波降解聯(lián)用設(shè)備;

　　(2)固液分離、超聲波降解與臭氧消毒聯(lián)用設(shè)備;

　　(3)固液分離、超聲波降解與紫外光消毒聯(lián)用設(shè)備;

　　(4)聲、光、膜、磁聯(lián)用設(shè)備，將超聲波、紫外光、過濾膜、磁化處理四種技術(shù)聯(lián)用于水處理，則是一種更為潔凈的水處理設(shè)備。

　　上述四種類型的水處理設(shè)備既可以制成用于實驗室的小型機型、也可以制成中試機型，還可以制成規(guī)模處理機型，而自動化程度較高的機型則是過流式程序控制機型。

　　五、污水處理設(shè)備與污水處理工藝流程介紹

　　1、污水處理設(shè)備按換能器安裝形式，分為超聲波換能器振板內(nèi)置式污水處理槽和超聲波換能器外置式污水處理槽。

　　2、污水處理設(shè)備按結(jié)構(gòu)型式，分為敞開型槽式機型和封閉型過流式機型。

　　3、污水處理設(shè)備工藝流程按被處理污水狀態(tài)和回用目的，可分為以下幾種工藝流程成套方案：

　　(1)污水收集 → 固液分離 → 超聲降解 → 臭氧消毒;

　　(2)污水收集 → 添加紫凝劑 → 固液分離 → 添加水處理劑 → 超聲降解;

　　(3)污水收集 → 固液分離 → 超聲降解 → 紫外線消毒。